面向新工科的三維一體式研究生科教融合培養探索與實踐

胡慶雷　崔勇　鄭建英　李陽　韓亮　張茜

摘? 要 新工科的發展對一流創新型人才的培養提出更高的要求。結合學校對具有德才兼備和國際視野特點的“兩領”人才培養需求，立足于“產學”“學研”和“研產”的三位一體科教融合協同培養模式的實踐，通過構建新型科教體系、豐富課堂教學內容、建立虛實結合的實踐教學平臺、提升研究生協同創新環境等措施，對該培養模式進行持續探索。經過多年的實踐，該培養模式在研究生培養方面取得較好的效果。

關鍵詞 新工科;科教融合;研究生培養;實踐教學平臺

中圖分類號：G643? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）16-0105-03

Exploration and Practice of Three-Dimensional Integrated Post-graduate Science and Education Convergence Training for Emerging Engineering//HU Qinglei， CUI Yong， ZHENG Jianying， LI Yang， HAN Liang， ZHANG Xi

Abstract The development of new engineering subjects puts forwardhigher requirements for the cultivation of first-class innovative talents.?This practice combines our universitys demand for the cultivation of?two leading talents with both ethics and competence and an interna-tional perspective. It is based on the practice of the three-dimensio-nal integrated training model of “industry”， “study” and “research”. Through the construction of a new science and education system， enriching classroom teaching content， establishing an practical tea-ching platform that combines virtual and real， and improving the collaborative innovation environment for graduate students， the trai-ning model was continuously explored. After years of practice， this training model has achieved good results in postgraduate training.

Key words emerging engineering; science and education conver-gence; graduate education; practical teaching platform

1 前言

2018年8月，教育部、財政部、國家發展改革委頒布《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》，明確提出要改革研究生培養方式，加快建立科教融合、產學結合的研究生培養機制。2019年，教育部連續發文，進一步強調“教學內容體現前沿性與時代性，及時將學術研究、科技發展前沿成果引入課程”，以及“推動高校及時把最新科研成果轉化為教學內容，激發學生專業學習興趣”。

當前，國家對高等教育的內涵式發展提出深入要求，推動科研反哺研究生教學，強化科研育人已成為普遍共識[1-3]。

科教融合是世界一流大學辦學的核心理念，是高校全面提高人才培養質量實現教育現代化的必然選擇[4-8]。然而，在構建一體化育人體系、提高人才培養質量等方面仍存在許多問題，比如學生缺乏自主學習的熱情，教學和科研的矛盾突出，學生實踐能力不足等。如何培養德才兼備和具有國際視野的“兩領”人才是北京航空航天大學研究生培養的核心問題，產學研融合的三位一體研究生培養模式將給這個問題的解決帶來新的思路。

2 國外典型實踐案例

以加州大學伯克利分校的中心制人才培養模式為典型案例，深入剖析國外著名高校在研究生科教融合培養方式中的探索與實踐。加州大學伯克利分校的EE專業以跟工業界的深入合作而聞名，同時非常重視多學科交叉融合，打破傳統院系布局，建成多個研究中心，依托這些研究中心完成對研究生的科教融合、多學科融合培養。

在微納傳感領域，BSAC已發展成為全世界受人矚目的頂尖科研團隊。BSAC打破按照院系劃分科研領域的傳統，中心Co-director由計算機系、電子系、機械工程系、生物系、化學系等多名領域內知名教授組成。同時，依托美國能源部勞倫斯國家實驗室的強有力支撐，BSAC擁有全美大學中最先進的納米材料加工實驗室Marvell Nanofabrication Laboratory。該中心面向全校開放，所有進行納米材料研究的科研人員和學生均可在通過培訓后進入該實驗室進行實驗。同時，該實驗室是機械學院、電子學院以及計算機學院等多個學院納米加工、檢測類課程的定點實驗室，選修相關課程的本科生或研究生的實驗環節均在該實驗室開設。該實驗室的設立打破了傳統的實驗室只依托于某個課題組或者學院的慣例，為各個學科的交叉融合提供了良好的支撐。正是由于該中心的支撐，BSAC中心在傳感器領域開展了多種前沿交叉研究，如生物醫學和微流體檢測、氣體檢測和低維材料、能源儲能俘獲和電化學以及機器人和微納制造等，培養了大量的復合型高層次人才。

通過中心制的科教融合式研究生培養，BSAC每年在Nature和Science期刊上發表論文十余篇，培養的研究生遍布全球，很多人已在包括MIT、Caltech、Standford、UCLA等多所世界知名大學擔任終身教職，培養的杰出人才包括MEMS之父Dr.Muller等。

3 基于三位一體的一流創新型航空航天人才培養模式實踐

北京航空航天大學持續瞄準航空、航天、信息等領域的國家戰略需求和國際學術前沿，形成了具有鮮明特色的“四大”科研模式。在這種典型的科研模式下，學校持續優化創新人才培養模式，努力實現科研創新與人才培養的雙輪驅動，將研究生的培養與國家重大科技戰略需求緊密結合。本文所探索與實踐的科研與教學相融合、高校與企業院所深入合作的產學研三位一體的科教融合培養模式正是學校培養服務于國家社會需求、引領時代變革發展的一流創新型航空航天人才的核心途徑。

因此，為了滿足學校對一流創新型航空航天人才培養的迫切需求、新工科發展對高素質人才培養的現實需求，特別是航空航天領域自動化方向人才培養的迫切需求，本實踐立足于科教融合的新型研究生培養模式，構建了虛實結合的理論和實踐教學體系，并付諸教學過程和研究生科研培養中。實踐的核心目標為：面向自動化領域培養高素質人才，滿足現代科技發展對高端人才培養的實際需求，推進科教融合模式下的研究生課堂教學方法和教學內容研究、教學條件提升和科研活動培養的深化。

構建三位一體的科教融合培養體系? 積極踐行研究生的“產學”“學研”與“研產”三位一體的科教融合協同培養模式：

1）引入與時俱進的業界知識，更新理論課程教學內容;

2）爭取國內外著名企業支持，完善先進的硬件及軟件系統平臺，更新實踐教學裝置和教學內容;

3）鼓勵教學團隊成員圍繞國家重大戰略需求參加高水平科研活動，將優秀科研成果反哺研究生科學研究。

通過“產學”“學研”與“研產”環節的有機協同，共同支撐研究生培養的科教融合，努力實現企業、學校、學生三方共贏，不斷推動研究生教學體系的健康發展。

豐富課堂教學內容，打造產學結合教學模式? 立德樹人融入課程體系的每一個環節，踐行立德樹人根本任務，將航空航天、自動化等領域的研究成果和工程經驗引入課堂，將專業發展趨勢、新理念、新進展同國家、行業需求聯系起來，將經典與前沿結合、寬度和深度結合、理論與實驗結合、課內與課外結合，采用探究型課程教學，激發學生學習興趣和思考探索，促進學生對知識的深層次理解，落實“空天信”融合理念，構建面向產業發展前沿的產學研結合教學模式，為培養基礎扎實、知識面寬、實踐能力強、綜合素質高、具有創新精神和國際視野的高層次創新人才提供重要支撐。

建立虛實結合的實踐教學平臺? 在構建科教融合協同創新模式為基礎的實踐教學體系過程中，遵循“增加感性認識、鍛煉實踐能力、培養工程素質、激發創新思維”的教學理念，遵循“強化基礎、突出實踐、重在素質、面向創新”的培養方針、國際高等院校工程教育認證標準以及面向未來培養工程實踐型人才的客觀要求，堅持“建設培養體系、促進科教轉換、強化校企聯合、共享課程資源”的指導思想，努力打造面向自動控制領域的現代實踐教學體系，提升教學資源的信息化與網絡化水平。實踐教學平臺依托國家機械與控制工程虛擬仿真實驗教學中心、自動化與電氣教學研究實驗中心以及中法工程師學院實驗教學中心等。在這些先進的實踐教學平臺中，研究生通過實地鍛煉，可以完成動手能力與工程能力的培養。特別地，擬引入虛擬仿真實驗方式，學生可以快捷地掌握工程系統原理與相關測試方法，為動手調試實際工程系統的基本單元打下良好的準備工作。

提升研究生協同創新科研活動環境? 依托“先進無人飛行器”北京市高精尖學科中心、北航—上海航天器控制技術研究所聯合實驗室以及海外引智基地，與航天院所深度合作，將研究生培養全過程與國際化“大學—教授—學院”和“大學—航天工程技術研究所—企業”產學研合作機制深度融合，圍繞創新人才選拔、教學、科研等研究生培養核心要素，通過加強個性化教育、加強團隊建設、加強學術交流、加強平臺建設、加強院所合作等措施，提升研究生協同創新科研活動環境，提高研究生的獨立科研能力和研產能力，促進研究生健康全面發展，積極構建和實踐“在科技創新中培養人才，在人才培養中科技創新”的創新型人才培養新模式和新機制，指導研究生樹立堅定的理想信念和正確的科研思想，培養“理論與實踐、基礎與交叉、科學與工程”融合、具有國際化競爭力的德才兼備的優秀人才。

4 實踐效果

經過多年的實踐（2015—2020），本文所探索的“產學”“學研”和“研產”三位一體科教融合協同培養模式取得了良好的效果，目前已培養的研究生有多人獲得省部級優秀碩士論文以及學校的優秀學術論文。此外，秉承北京航空航天大學“空天報國”的理想信念，多位已畢業的研究生已經投入到我國的航空航天科研事業中，并已有數名學生在我國重要的航天型號中擔任型號副總師等。同時，所實踐的培養模式還獲得了包括中國自動化學會高等教育教學成果獎二等獎和北京航空航天大學教學成果獎一等獎等多項教學類獎勵。

參考文獻

[1]王晶，賈國柱，黃海軍，等.研究生“生產與運作管理”研究型課程設計與實施[J].學位與研究生教育，2012（6）：35-39.

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[3]鐘秉林.國際視野中的創新型人才培養[J].中國高等教育，2007（Z1）：37-40.

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[6]成洪波.論科教融合與應用型創新人才培養[J].高等工程教育研究，2017（4）：141-145.

[7]李忠云，鄧秀新.科教融合協同育人提升人才培養質量[J].中國高校科技，2012（9）：6-8.

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*項目來源：北京市教學改革創新項目“能力達成導向的協同創新智能開放實驗實踐人才培養體系探索”;北京航空航天大學研究生教育與發展研究專項基金“新工科背景下前沿交叉融合的檢測類實驗課程群改革與實踐”。

作者：胡慶雷，北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院，教授，博士，主要從事航天器動力學與控制、導航、制導與控制、變結構控制、故障診斷與容錯控制等研究;崔勇，機械與控制工程國家級虛擬仿真實驗教學中心;鄭建英、李陽、張茜，北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院;韓亮，北京航空航天大學中法工程師學院（100191）。